金属切削におけるチップ形成の種類、プロセス、応用を理解する

チップ形成とは？

チップ形成は、ノコギリ、旋盤、フライスカッターなどの工具を用いて機械的手段で材料を切削するプロセスの一部です。この形成の理論と工学を理解することは、こうした機械とその切削工具の開発において重要な部分です。

チップ形成の形式的研究は、第2次世界大戦前後、より高速・高出力の切削機械、特に新しい高速度鋼カッターによる金属切削の使用増加とともに奨励されました。

チップ形成は通常、フランツによって開発された3ウェイモデルで記述されます。このモデルは工作機械設計分野で最もよく知られていますが、木工など、通常試みられるより詳細にチップ形成を記述する語彙が必要な応用分野でも使用されます。

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チップの種類

1. 連続チップ

機械加工プロセスにおいて、連続チップは延性材料を高速・最小摩擦で加工する際に形成されます。工具による連続的な塑性変形によりこのタイプのチップが生成されます。

軟鋼と銅は延性材料です。チップ厚さは全長に等しくなります。一般的に良好な表面仕上げを提供します。このタイプのチップの主な欠点は、取り扱いと廃棄が困難なこと。連続チップ形成の条件は以下の通り：

• 軟鋼などの延性材料を使用。
• 工具の大きなすくい角。
• 高切削速度。
• チップと工具界面の最小摩擦。
• 小さい切込み深さ。

利点

機械加工プロセス中の連続チップ形成には以下の利点があります：

• 延性材料により良い表面仕上げ。
• 工具面とチップ間の最小摩擦による発熱減少。
• 低消費電力。
• 摩耗が少ないため工具寿命が長い。

2. 不連続チップ

機械加工プロセス中にチップが連続的でない、つまり破砕されて形成される場合、不連続チップと呼ばれます。

不連続チップは、黄銅、青銅、鋳鉄などの脆性または硬い金属がワークピースとして機械加工プロセスで使用されるときに形成されます。

不連続チップは、工具とワーク間の摩擦が高い場合、延性材料でも形成されます。延性材料の加工で不連続チップが出るのは良い兆候ではなく、表面仕上げが悪く、加工プロセスが遅くなります。

不連続チップ形成の条件は：

• 低送り速度。
• 工具の小さいすくい角。
• 高切削速度。
• チップ・工具界面での高摩擦力。
• 過大な切込み深さ。

利点

脆性材料での不連続チップ形成は、良好な表面仕上げを提供し、工具寿命を延ばし、消費電力を削減します。

欠点

延性材料で不連続チップが形成されると、ワークは悪い表面仕上げになり、工具の過度な摩耗と損傷が生じます。

3. ビルトアップエッジを伴う連続チップ

延性材料の機械加工プロセスにおいて、切削温度と圧力、チップと工具面の摩擦が高いとき、ビルトアップエッジを伴う連続チップが形成されます。

これは連続チップとほぼ類似していますが、ビルトアップエッジにより粗くなります。この機能により、材料が工具の切れ刃に付着または溶着する可能性があります。

どのように生成されるか？

チップが上方に流れ、チップと工具の界面摩擦が高いときに生成されます。工具先端で発生する熱は、チップと工具の高摩擦により非常に高くなります。

したがって、圧縮された金属が工具先端に溶着し、これがビルトアップエッジとして知られます。チップがこのビルトアップエッジを通過すると、それが破壊されチップから離れ、ビルトアップエッジチップと呼ばれます。残りのビルトアップエッジはワーク表面に付着し、それを厚くします。

なぜ加工時にビルトアップエッジを伴う連続チップが発生するのか？

• 加工時に延性材料を使用。
• 工具の小さいすくい角。
• 工具の切削速度が遅い。
• クーラント不足によりチップ・工具面間の摩擦増大。
• チップ厚さが大きい。
• ワークと工具間の高温。
• 工具の高送り速度。

利点

ビルトアップエッジ形成の利点は一つ：加工プロセス中に発生する高摩擦と温度から工具を保護し、工具寿命を延ばします。

欠点

これらのタイプのチップ形成は、粗い表面仕上げ、すくい角の変化、切削力の変化をもたらします。